chap2

Chap.2
Chap.
2:
L’HEMATOPOIESE
Durée de vie des cellules du sang
Érythrocytes
120 jours
Leucocytes
2 à 10 jours
Thrombocytes
10 jours
Nécessité de les remplacer !
Définition
L'hématopoïèse est l'ensemble des
phénomènes qui concourent à la fabrication
et au remplacement continu et régulé des
cellules sanguines
Production
200. 109 par jour
Hématies
(soit 2 millions par sec)
50-100. 109 par jour
Leucocytes
100. 109 par jour
Plaquettes
28 g de sang nouveau par jour
OU SONT
FABRIQUEES LES
CELLULES DU SANG ?
1
Irradiation
Dose létale
MISE EN EVIDENCE DES
CELLULES SOUCHES
HEMATOPOIETIQUES
Mort
Destruction du tissu
hématopoïétique
2
Irradiation
Dose létale
Injection de
moelle osseuse
(homozygote)
Reconstitution de toutes
les lignées de cellules
hématopoïétiques
Expérience de Till et Mc Culloch (1961))
Rappelons que la rate est un organe hématopoïétique chez la
souris adulte et non chez l’homme.
L'irradiation entraîne une destruction de l'ensemble des cellules
hématopoïétiques et lymphocytaires et une hypotrophie de la rate
des souris.
Mais 10 jours après l’injection la rate de la souris est remplie d'amas
cellulaires macroscopiques (= colonies).
Une colonie observée correspondant aux cellules filles d’une seule
cellule et même souche injectée.
On les appelle
CFU-S (Colony Forming Unit-Spleen)
http://www.pnas.org
LOCALISATION
DE
L’HEMATOPOIESE
http://www.umcutrecht.nl/subsite/cmci-utrecht/Research-Programs/Hemato-oncology-Program.htm
Vie Intra Utérine
http://med2.univ-angers.fr
Entre 2éme et 4éme mois :
les cellules hématopoïétiques primitives formées migrent dans le
foie foetal, puis dans la rate
Vers 4ème mois :
la moelle osseuse est colonisée, et sera le site exclusif de
l'hématopoïèse à la naissance et pour toute la vie
Après la Naissance
Exclusivement Moelle osseuse
Remarques :
Tissu hématopoïétique = tissu embryonnaire toute la vie
Épiphyse d’un os long
Os spongieux
Moelle Osseuse
Rouge (hématopoïèse)
Jaune (adipocytes)
Wikipedia
Section d’une tête fémorale montrant la moelle rouge et la
moelle jaune
http://projectskeletal.tripod.com
Moelle
hématopoïétique :
50%
50% du volume
médullaire total
http://prof-labs.blogspot.com/2009/08/hematopoiesis-origin-of-cell.html
Localisation de la moelle osseuse
hématopoïétique chez l’adulte
4 à 6 % du poids
corporel
(1.5 litres)
Nombreux territoires
osseux
Sternum
Base du crâne
Os iliaque
Vertèbres
Épiphyses des os longs
Maxillaires
Vertèbres – Os iliaque
Côtes
Sternum Maxillaires
Crâne
Activité des tissus hématopoïétiques en fonction de l’âge
L’hématopoïèse au niveau des os long régresse avec l’âge
Exploration de la Moelle Osseuse
Trocarts
Ponction de la
moelle osseuse
Réalisation des
Frottis
médullaires
Observation au
Microscope
(coloration au MGG)
Le myélogramme est un frottis effectué à partir cellules prélevées
dans la moelle osseuse (étude cytologique )
Il permet d’analyser au microscope la morphologie et l'équilibre des
différentes cellules de la moelle
Appréciation quantitative et qualitative des
précurseurs des différentes lignées de
cellules sanguines
http://healthpictures.in/bone-marrow-disease/
http://www.anatomyatlases.org
Le myélogramme permet :
- d'apprécier la richesse d'ensemble du prélèvement
(Un prélèvement pauvre peut traduire une aplasie médullaire)
- de dénombrer les mégacaryocytes sur l'ensemble du frottis
- de déceler d'éventuels placards de cellules cancéreuses
métastatiques
-de dénombrer les
différentes
populations
cellulaires
Expression quantitative de la cellularité, appréciée a
l'objectif à immersion :
-classe 0 : moelle désertique, présence inconstante
de cellules
-classe 1: moelle pauvre, présence de 1 à 15 cellules
par champ
-classe 2: moelle hypoplasique ,16 à 30 cellules par
champ
-classe 3: moelle normale de 31 à 60 cellules par
champ
-classe 4: moelle hyperplasique, plus de 60 cellules
par champ
Répartition des cellules des différentes lignées cellulaires
sur un myélogramme
Une formule est réalisée sur tous les éléments nucléés autres que
les mégacaryocytes (précurseurs plaquettes)
http://neuromedia.neurobio.ucla.edu/campbell/marrow/wp.htm
Cellules souches 0.5 à 1%
Cellules granuleuses 60%
Cellules érythroïdes 25%
Cellules mégacaryocytaires 0.5 %
Précurseurs monocytes <10 %*
Précurseurs Lymphocytes 10%
Plasmocytes 3%
Aucun rapport avec
chiffres du sang !!
http://pathy.med.nagoya-u.ac.jp/atlas/doc/node4.html
http://www.chronolab.com/hematology/169.htm
Myélogramme normal
Prolifération de lymphoblastes
dans une leucémie lymphoblastique
Comment se
déroule
l’Hématopoïèse ?
Leucocytes
Érythrocytes
Plaquettes
Moelle osseuse
Les Cellules Souches
Hématopoïétiques
Description
Localisées dans la moelle osseuse (+/- sang)
Appelées CFU-S (Colony Forming Units-Spleen) ou
HSC ou CSH (Hematopoietic Stem Cells)
Peu nombreuses : 0,5 % des cellules médullaires
Non identifiables morphologiquement
(forme de petits lymphocytes)
Expriment le marqueur de surface CD34
Conservent leurs propriétés après
congélation à – 196°
Remarque : seules 10% en cours de division
dans des conditions physiologiques normales
CD34
http://www.biolegend.com
Propriétés des cellules
souches hématopoïétiques
Totipotence
Auto renouvellement
Différenciation
1)Totipotence
Une CSH est capable de donner,
après différenciation, naissance à
n’importe quelle cellule du sang:
CSH
2)Auto renouvellement
Reproduction à l’identique des
CSH pour maintenir un stock
permanent de CSH dans la
moelle
CSH
CSH
CSH
CSH
3)Différenciation
CSH
Auto renouvellement
CSH
CSH
Irréversible
Perte de la totipotence
CSH
En réponse à un signal,Plusieurs
une divisions
cellule
Différenciation
souche peut commencer à se GR
Cellule souche
différencier de façon
GB et
engagéeirréversible
Plaquettes
s’engager
ainsi
dans
une
lignée
Signal
(Facteur de croissance)
cellulaire donnée
Les Étapes de
l’Hématopoïèse
Deux lignées principales de cellules sanguines
Lignée lymphoïde : à l’origine des
Lymphocytes B
Lymphocytes T
Lignée myéloïde : à l’origine des
Érythrocytes
Granulocytes
Monocytes
Mégacaryocytes (Plaquettes)
Hématopoïèse
Lymphopoïèse
Lymphocytes
Myélopoièse
Érythropoïèse
Granulopoïèse
Érythrocytes
Granulocytes N, E, B
Monocytopoïèse
Monocytes
Thrombopoïèse
Thrombocytes
Les compartiments de l’hématopoïèse
4
CELLULES
SOUCHES
Totipotentes
PROGENITEURS
Différenciation
PRECURSEURS
Multiplication et
maturation
CELLULES
MATURES
Passage dans
le sang
Maturation
Première différenciation d’une cellule souche totipotente
Progéniteurs
Lignée Lymphoïde
Cellule souche
CFU-L*
Lymphocytes T
Lymphocytes B
Lymphocytes NK
Progéniteur
Lymphoïde
Lignée Myéloïde
CFU S
Signal
(Facteur de croissance)
CFU-GEMM
Progéniteur
myéloïde
* Colony Forming Unit
Granulocytes
Érythrocytes
Monocytes
Mégacaryocytes
(plaquettes)
Progéniteurs
0.5 à 1% des cellules médullaires
Premier stade du processus de différenciation des cellules souches
Morphologiquement identiques aux cellules souches
(non identifiables morphologiquement)
Perdent leur totipotence et deviennent pluripotents (multipotents)
Capacité de renouvellement mais plus faible que pour les CSH
Acquisition de nouveaux marqueurs (CD33, HLA-DR…)
Les Précurseurs
Lymphoblastes, Érythroblastes,
Monoblastes, Myéloblastes,
Mégacaryoblastes
Cellules polymorphes : donc premières cellules de
l’hématopoïèse identifiables morphologiquement
Maturation + Multiplication
Perte de la capacité d’ autorenouvellement
Normalement les blastes sont présents dans la moelle osseuse
seulement et pas dans le sang…
leucémie
lymphoblastique
aiguë
http://medecine-maroc.xooit.com
Cellules
souches
Progéniteurs
Précurseurs
Thymus
Progéniteur
T
Cellules
sanguines
T
NK
Lymphocytes
CFU-L
Progéniteur
B
CFU-E
Lymphoblastes
B
Érythroblastes
Érythrocytes
Monoblastes
Monocytes
BFU-E
CFU-S
CFU-M
CFU-GM
G. Neutro
Myéloblastes
CFU-G
G. Eosino
Myéloblastes
CFU-GEMM
CFU-Eo
G. Baso
CFU-B
CFU-MK
Myéloblastes
Mégacryoblastes
Plaquettes
Voir détails sur :
http://www.biolegend.com/pop_pathway.php?id=6
Schéma général de l’hématopoïèse
SANG
Maturation
Multiplication
Cellule souche
Progéniteur
Précurseur
Cellule mature
Lignée myéloïde
Proérythroblaste
Myéloblaste
Monoblaste
Mégacaryoblaste
Hématie
Polynucléaire
Monocyte
Plaquette
Lignée lymphoïde
Lymphoblaste
Lymphocyte
Maturation
Modifications morphologiques
(passage par plusieurs stades cytologiques successifs)
Communes
Taille cellulaire
Rapport nucléoplasmique
Condensation chromatine
Disparition des nucléoles
Spécifiques
Polylobulation du noyau
Apparition granulations cyt
(lignée granulocytaire)
Perte du Noyau
Synthèse d’HG
(lignée érythrocytaire)
Apparition de marqueurs
membranaires spécifiques
Multiplication
Selon la lignée, 1 précurseur subit
3 à 5 mitoses successives
et peut donc donner jusqu’à
32 cellules filles*…
*sauf cas particulier des mégacaryocytes à l’origine des
plaquettes : endomitoses
1 Précurseur
Mitoses
1
2
3
4
5
32 Cellules Filles
Étapes de l’hématopoïèse
Cellule souche
hématopoïétique
Production
Moelle osseuse
Transport
+Fonction
Fonction
Sang
Tissus
Selon le type de cellule sanguine
considéré,
l’hématopoièse
peut
présenter quelques particularités au
cours de son déroulement.
3 cas particuliers de l’hématopoièse :
- l’ érythropoièse
- la thrombopoièse
- la lymphopoiese
L’Érythropoïèse
Déroulement
Continue, Durée : 6 à 7 jours (à partir de pro)
7
1
8
4
2
Caractérisée par :
3
6
5
Perte du noyau
Synthèse d’hémoglobine
photo publiée dans la revue « Cell Stem Cell » des Dr Kessel & Dr Kardon
Les Étapes de l’Erythropoiese
Androgènes
EPO
FER
Vit B6
Synthèse
Hémoglobine
Vit B9
Vit B12 Synthèse
ADN
Régulation de l’érythropoïèse
Régulation de l’érythropoïèse par L’EPO
Hormone glycoprotéique
10 %
+
90 %
Altitude
PO2
tissulaire
(hypoxie)
-
EPO
+
CFU-E
Hémorragie
+
Synt HB
Proérythroblaste
GR
Le taux circulant normal est de 10 à 20 mU/ml de sérum, et peut
augmenter de plus de 30 fois en cas d'anémie
EPO
Augmente le nombre de globules rouges
dans le sang et donc l’hématocrite en
-stimulant la prolifération des progéniteurs
CFU-E
-stimulant la synthèse d’hémoglobine
DOPAGE
EPO
45%
65%
de
Globules rouges
(hématocrite)
Risques de
thromboses !!!
Résultats après 4 semaines de traitement :
Puissance et durée de la performance max
www.sportsscientists.com
Régulation de l’érythropoïèse par le Fer
70 %
Régulation de l’érythropoïèse par les Vit B9 et B12
Vitamine B9
(Acide Folique)
Vitamine B12
(Cobalamine)
Rôle
Synthèse des acides nucléiques
Carence
Hématopoïèse inefficace
Effets plus marqués sur
érythropoïèse : anémie
mégaloblastique
Vitamines « anti-mégaloblastiques »
La
thrombopoièse
http://today.uconn.edu/blog/2010/10/the-art-of-scientific-illustration/
Cas particulier de la Thrombopoièse
FIG. 15
Endomitoses
Mégacaryoblaste
Plaquettes
http://www.lookfordiagnosis.com
Mégacaryocytes
observés sur…?
http://xenia.sote.hu/kortan/hematology/e/morphology/per-bm/
La
Lymphopoïèse
Moelle Osseuse
La Lymphopoïèse
Progéniteur-T
Thymus
Lymphocytes T
Différenciation
Maturation
CFU-S
CFU-L
Différenciation
Maturation
Progéniteur-B
Lymphocytes B
Remarque : les cellules NK sont issues
des
même
progéniteurs
que
les
lymphocytes T
Lymphopoïèse primitive
Production des cellules
besoins de l'organisme
lymphoïdes
nécessaires
aux
Moelle osseuse pour lymphocytes B
Moelle osseuse + Thymus pour lymphocytes T
Lymphopoïèse secondaire
Multiplications des cellules matures
l'activation du contact antigénique
soumises
Adaptation de la réponse immunitaire
Organes lymphoïdes périphériques (ganglions, rate, amygdales…)
à
Régulation de
l’hématopoïèse
Régulation de
l’hématopoïèse
Multifactorielle
+
Facteurs
de
croissance
Facteurs de
régulation
négative
Stroma
médullaire
Facteurs de croissance
hématopoïétiques
Glycoprotéines de la famille des cytokines* capables de stimuler
l’hématopoïèse et synthétisées par divers types de cellules :
Sanguines, endothéliales, fibroblastes….
Rôle : régulation de la croissance et des fonctions des cellules
sanguines
Fixation sur récepteurs membranaires de grande affinité
Mode d’action :
faibles doses)
principalement paracrine ou autocrine (très
Différence avec hormones (endocrine)
*Les cytokines : substances solubles de communication synthétisées par des cellules
et/ou tissus, agissant à distance sur d'autres cellules pour en réguler l'activité et la
fonction.
FACTEURS DE CROISSANCE
1) Facteurs de promotion
2) Facteurs multipotents
3) Facteurs restreints
CSF colony stimulating factors
http://www.chups.jussieu.fr
1) Facteurs de promotion
augmentent le nombre de cellules souches en cycle
cellulaire
sensibilisent les cellules souches totipotentes à
l’action des autres facteurs de croissance
Stade précoce de l’hématopoïèse (cellules souches)
IL1 (Interleukine1)
IL4 (Interleukine4)
IL6 (Interleukine6),
SCF (Stem
Cell Factor)
2) Facteurs multipotents
permettent la survie et la différenciation des cellules
souches les plus immatures lorsque celles-ci ont déjà été
sensibilisées par les facteurs de promotion
Stade précoce de
l’hématopoïèse (cellules
souches et jeunes
progéniteurs)
GM-CSF
(Granulocyte Macrophage-Colony Stimulating Factor)
IL3
(Interleukine3)
3) Facteurs restreints
Agissent sur les cellules souches déjà engagées (précurseurs) en
favorisant leur multiplication et leur maturation
Effet limité à 1 lignée cellulaire
Stade final de l’hématopoïèse (précurseurs)
EPO (Erythropoiétine)
lignée érythrocytaire
IL5 (Interleukine)
lignée granuleuse éosinophile
G-CSF
lignée granuleuse neutrophile
(Granulocyte-Colony stimulating Factor)
IL4 (Interleukine4)
M-CSF
(Macrophage Colony stimulating Factor)
IL6 (Interleukine6)
lignée granuleuse basophile
lignée monocytaire
lignée mégacaryocytaire
TPO (Thrombopoietine)
IL7 (Interleukine7)
lignée lymphocytaire
Utilisation des facteurs de croissance hématopoïétiques
en clinique humaine
http://www.leucemie-espoir.org/IMG/pdf/hematopoiese.pdf
FACTEURS DE REGULATION NEGATIVE
Inhibent l’hématopoïèse de façon générale ou spécifique
(surtout prolifération des CSH et des progéniteurs)
TGF β (Transforming growth Factor β)
Inhibe croissance Progéniteurs précoces in vitro
TNF α (Tumor nécrosis Factor α)
Interféron (IFN)
Produit par monocytes et lymphocytes T
Protéine produite par de nombreuses cellules (dont lymphocytes)
notamment lorsqu’elles sont attaquées par un virus
antimitotique (antivirale)
active macrophages et phagocytose
LE STROMA MEDULLAIRE
Tissu de soutient et de nutrition de toutes les
cellules hématopoïétiques : constitué de
différents types de cellules baignant dans une
matrice extracellulaire
Composition du stroma cellulaire
MATRICE EXTRACELLULAIRE
Sécrétée par les cellules du stroma,
c’est un réservoir de facteurs de
régulation de l’hématopoïèse
CELLULES
Cellules de la matrice cellulaire osseuse
Cellules endothéliales (capillaires)
Toutes ces cellules sont
capables de sécréter
les facteurs de
croissance
Fibroblastes (matrice et protéines)
Adipocytes
Lymphocytes T
Monocytes-macrophages
(indispensables surtout erythro)
Cellules musculaires lisses
Les communications intercellulaires entre les cellules
hématopoïétiques et les cellules stromales se font :
- soit par contact cellulaire direct
- soit par l’intermédiaire des cytokines
Le stroma médullaire contient un réseau de fibres de réticuline
et de collagène
En pathologie, ce réseau de fibres peut se modifier et générer un
phénomène de densification du réseau appelé myélofibrose
Résumé-Conclusion
La majorité des cellules sanguines matures sont
destinées à vivre seulement de quelques heures (PN)
à quelques semaines (GR) avant d’être détruites.
Afin de compenser cette destruction rapide, le
système hématopoïétique doit produire environ 1013
cellules par jour
Cette intense production journalière a lieu normalement
dans la moelle osseuse chez l’homme et est régulée par
un système complexe de facteurs de croissance et
d’inhibiteurs, le tout dans un écosystème très adapté:
le micro-environnement ou stroma médullaire.
ACTUALITE
Le sang artificiel
Un patient doit être transfusé dès lors qu'il perd plus de 40% de
son sang (ce qui représente 2 litres environ)
Ses organes vitaux ne sont alors plus
approvisionnés en oxygène, et on
doit lui injecter un concentré de
globules rouges.
L’ intérêt de ces derniers est qu’ils
contiennent
l'hémoglobine
qui
transporte l'oxygène.
Il existe aujourd'hui trois pistes pour fabriquer de l'hémoglobine
les biotechnologies
les substituts chimiques
les cellules souches humaines
1) les biotechnologies
L’idée première est de "faire produire" l'hémoglobine par
des organismes génétiquement modifiés (OGM).
On pense aux bactéries, bien sûr, mais pas seulement…
L'hémoglobine végétale fait un tabac
Des transfusions sanguines grâce à du tabac
transgénique? Ce sera peut-être un jour
possible, grâce au travail réalisé par Michael
Marden et Claude Poyart, des chercheurs de
l'Inserm
(Kremlin-Bicêtre)
dont
les
recherches ont été financées par Limagrain
(une entreprise de l'industrie céréalière).
Les chercheurs ont introduit les deux gènes qui commandent la fabrication
de l'hémoglobine humaine dans les cellules de tabac, puis cultivé en serre
quelques dizaines de ces plants transgéniques. Bonne surprise au moment
de la récolte. Non seulement la concentration en hémoglobine est
particulièrement élevée dans les graines, mais cette hémoglobine est
«fonctionnelle»: elle fait son travail d'hémoglobine et fixe bien l'oxygène.
La suite de la recherche se fera sans doute sans le tabac. Comme
l'explique Bernard Mérot (Limagrain), «nous allons maintenant tester des
plantes comme le maïs, le colza ou le blé, qui ont un meilleur rendement».
Certes, l'hémoglobine «végétale» ne pourra arriver sur le marché avant
dix ans. Mais ses inventeurs (qui ont déposé un brevet) l'assurent: elle
sera sans doute très sûre et très bon marché.
Par LEVISALLES Natalie, Libération 11 Mars 1997
Une autre idée consiste à
exploiter les invertébrés…
Dans le cadre du programme de recherche Euro Blood
Substitutes, une équipe s'intéresse à deux vers marins, dont
la molécule d'hémoglobine est 50 fois plus grosse que celle
humaine et, à la différence des vertébrés, n’est pas
enfermée dans les hématies.
Elle serait donc particulièrement stable, compatible avec tous
les groupes sanguins et plus efficace dans le transport
d'oxygène
Les premiers essais sont prometteurs : le transport d'oxygène
est assuré normalement et l'hémoglobine ainsi obtenue ne
provoque pas d'allergie. Reste à savoir si on pourra fabriquer
assez de sang par cette voie.
D’après Céline Deluzarche, L'Internaute
L'Arenicola marina : ce ver marin est désormais réputé pour ses
propriétés sanguines. Coloré en rouge par son hémoglobine
dissoute dans le « plasma ».
En quelque sorte, il s'agit d'un donneur universel, résume Franck
Zal, responsable de l'équipe Ecophysiologie, adaptation et
évolution moléculaire, à la station biologique de Roscoff dans le
Finistère.
http://www.pole-mer-bretagne.com/hemorgan.php
2) les substituts chimiques
Du sang chimique
La voie 100% artificielle fait appel aux perfluorocarbures (PFC).
Ces molécules contenant des atomes de carbone, d'oxygène et de
fluor sont capables de dissoudre de grandes quantités d'oxygène.
Le groupe pharmaceutique Alliance a mis au point Oxygent, un
substitut actuellement testé sur 1500 personnes. Comme les PFC ne
sont pas solubles dans le sang, ils se présentent sous forme
d'émulsion dans de l'eau salée. Du coup, ils sont rapidement
éliminés par l'organisme et ne peuvent donc être utilisés que sous
forme transitoire (lors des opérations par exemple).
3) les cellules souches
humaines
Du sang artificiel transfusé pour la
première fois chez l’homme !
Septembre 2011
Le Pr Luc Douay et son équipe (hôpital
Saint Antoine, université Pierre et Marie
Curie, Paris) ont obtenu, à partir de
cellules souches hématopoïétiques des
globules rouges qui ont pu être
transfusés chez l’homme.
200 000 globules rouges à partir d'une seule cellule souche.
"D'ici quelques années, on pourra produire du sang
universel, que chacun tolérera quel que soit son groupe
sanguin" se réjouit Luc Douay.
Disposant des mêmes durée de vie et taux de survie que des globules
rouges "classiques", ces globules rouges artificiels pourraient servir à la
création de banques de sang destiné aux transfusions.
Cette technique de production de globules rouges serait mise en place de
façon privilégiée pour les poly immunisés, c'est-à-dire pour des patients
ayant reçu tellement de transfusions qu’ils ont développé de nombreux
anticorps entraînant un rejet des globules transfusés. En attendant, les
dons de sang sont toujours nécessaires, soulignent les médecins.